Para entender o que é um LED, primeiro você precisa entender sua designação geralmente aceita, apresentada em inglês como LED. Traduzido, isso significa literalmente "emitir pequenos LEDs". Do ponto de vista técnico, são dispositivos semicondutores que convertem corrente elétrica em radiação de luz visível. Este produto mais simples em sua aparência e dispositivo difere acentuadamente dos dispositivos de iluminação típicos: lâmpadas incandescentes e similares.
História de ocorrência
O dispositivo e o princípio de operação dos emissores de LED são mais fáceis de entender se você se familiarizar com o histórico de sua ocorrência. Este produto radiante nasceu em 1962 na forma de um diodo vermelho monocromático. Apesar de várias deficiências, sua tecnologia de fabricação foi reconhecida como promissora. Uma década após a demonstração da amostra vermelha, LEDs verdes e amarelos foram apresentados ao público em geral. Devido ao baixo retorno, esses produtos foram utilizados principalmente dentro de casa como indicadores nos painéis frontais dos dispositivos eletrônicos domésticos.
Com o tempo, a intensidade do brilho aumentou várias vezes e, nos anos 90 do século passado, foi possível fazer uma amostra com um fluxo luminoso igual a 1 lúmen. Em 1993, o engenheiro japonês S. Nakamura criou o primeiro diodo azul da história, apresentando um alto nível de luminosidade. A partir desse momento, seus desenvolvedores aprenderam a obter qualquer cor do espectro visível, incluindo o branco.
Devido às características notáveis dos produtos LED, com o tempo, eles se tornaram um sério concorrente das lâmpadas incandescentes que são familiares a muitos.
Desde 2005, a indústria domina a produção de LEDs brancos com um fluxo luminoso de até 100 lm ou mais. Além disso, aprendemos a criar elementos de iluminação com vários tons de branco ("quente", "frio" e outros brilhos).
Dispositivo e princípio de formação de radiação
Para entender como o LED está organizado, é necessário levar em consideração vários pontos em relação ao seu design:
- a base do elemento LED é um cristal semicondutor, passando a corrente apenas em uma direção;
- o dispositivo LED clássico assume a presença de um substrato isolante;
- a caixa de vidro do diodo protege confiavelmente o cristal contra influências externas e, ao mesmo tempo, é um elemento dispersante;
- na parte traseira do gabinete, existem dois contatos aos quais a energia elétrica do LED é fornecida.
Para aumentar o tempo de resposta do dispositivo emissor, o espaço entre a lente de dispersão e o próprio cristal é preenchido com um composto de silicone transparente.
Na estrutura de alguns LEDs, é fornecido um substrato de alumínio especial, que é a base do dispositivo e, ao mesmo tempo, remove o excesso de calor.
O princípio de operação do LED é mais fácil de entender, examinando a junção semicondutora, que os profissionais chamam de transição elétron-buraco. Seu nome está associado à natureza diferente dos principais portadores na camada limite de duas estruturas. Em um semicondutor, há um excesso de elétrons no limite de contato e no material adjacente a ele existem orifícios em excesso. No processo de fabricação da junção de semicondutores, eles penetram na camada adjacente, formando uma barreira potencial que impede sua polarização reversa.A tensão direta no LED durante sua operação depende da largura da transição.
Quando um potencial de uma dada polaridade e um valor gerado por uma fonte de corrente direta são fornecidos ao diodo, é possível mudar a transição na direção desejada. Isso levará à sua abertura e ao aparecimento de um contra-fluxo de partículas com carga oposta. Quando eles colidem nos limites da transição, quanta de energia luminosa é emitida - fótons. Dependendo da taxa de repetição desses pulsos, a radiação adquire uma determinada cor.
O que determina a cor do LED
Na fabricação de LEDs, são utilizados vários tipos de materiais semicondutores, cuja escolha determina a tonalidade da cor emitida por eles.
A capacidade de distinguir cores é uma propriedade inata do olho humano, capaz de capturar suas gradações com grande precisão. Está indissociavelmente ligado ao comprimento de onda da radiação quântica transportada por ondas eletromagnéticas de certa frequência. Nesse caso, pulsos de luz são formados no limite da transição semicondutora do LED.
Ao estudar as propriedades de vários semicondutores em um estágio inicial do estudo, os cientistas identificaram materiais como o fosfeto de gálio, bem como os compostos ternários AlGaAs e GaAsP. Ao usá-los, foi possível obter radiação vermelha e verde-amarela. Hoje, para obter várias combinações de cores, são utilizadas combinações mais complexas de alumínio com índio e gálio (AllnGaP) ou nitreto de gálio e índio (InGaN). Esses semicondutores são capazes de suportar correntes significativas, o que lhes permite receber alta emissão de luz.
Técnica de mistura de cores
As fitas de diodo modernas e os clusters modulares de LED são capazes de fornecer diferentes tonalidades da faixa de luz. Dado que uma transição forma radiação monocromática, será necessário um dispositivo com vários chips para criar um brilho multicolorido. Este produto complexo funciona como um monitor de computador, no qual é possível obter praticamente qualquer tom (para isso, é usado um módulo RGB especial).
Utilizando este princípio de formação de tonalidades, foi possível obter um brilho branco, amplamente utilizado em refletores de LED, por exemplo. Para fazer isso, todas as três cores de origem ou base foram misturadas em proporções iguais.
Também é possível obtê-lo combinando estruturas de diodos de radiação ultravioleta ou azul com um revestimento do tipo fósforo amarelo.
Recursos de fabricação de LEDs
Para entender como os LEDs são fabricados, você precisará se familiarizar com os recursos estruturais em termos de tecnologias usadas na fabricação. Portanto, ao considerar as especificidades de sua produção, os seguintes pontos são levados em consideração principalmente:
- um método específico de formação da cor da radiação (matriz ou fósforo);
- quantos volts os LEDs foram projetados e qual o tamanho da corrente que eles podem suportar;
- qual tecnologia permite obter a melhor qualidade do brilho e é mais barata.
Fazer chips em um circuito matricial custará mais ao fabricante, o que compensa com radiação de alta qualidade. As desvantagens dos fósforos incluem baixa emissão de luz, bem como radiação de cores não pura. Além disso, eles têm um recurso de trabalho menor e geralmente falham.
Na fabricação de diodos indicadores simples com tensão direta de 2-4 Volts, sua transição é calculada para pequenas correntes (até 50 mA). Para criar dispositivos de iluminação de alta qualidade e circuitos de ponte de LED, serão necessários dispositivos com grandes indicadores de corrente (até 1 Ampere). Se em um módulo os diodos são conectados em série, a tensão total em suas junções atinge 12 ou até 24 volts.Na fabricação de produtos, o sinal de mais de cada LED é marcado de maneira especial (uma pequena saliência é feita na perna correspondente).
Escopos e gerenciamento de luminescência
Devido à variedade de modificações, os produtos LED são amplamente utilizados em vários campos:
- na fabricação de lâmpadas economizadoras de energia instaladas em um lustre típico, por exemplo, ou em um candelabro de parede convencional;
- para uso como iluminadores em lanternas miniatura difundidas, bem como em estruturas maiores, como "lâmpadas turísticas de acampamento";
- se necessário, iluminação decorativa dos quartos em forma de fitas compridas com cores diferentes.
Seu uso é devido ao grau de resistência do dispositivo a fatores climáticos, avaliado pela classe de proteção do produto. Dependendo do design, eles são usados apenas em ambientes fechados ou podem trabalhar em espaços abertos (como um design para outdoors ou chuva de LED, em particular).
Você pode controlar o nível de luminosidade em uma lâmpada ou lustre comum de várias maneiras. Para isso, os circuitos eletrônicos especiais costumam ser usados para modular a amplitude e outros parâmetros dos pulsos de luz. Para a conveniência de trabalhar com equipamentos domésticos, esse módulo é fabricado na forma de um painel de controle típico.
